KR100436597B1 - 알루미늄 용융도금방법 - Google Patents
알루미늄 용융도금방법Info
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Abstract
본 발명은 모재가 되는 금속재료 특히, 도금의 대상이 되는 모재가 하나의 완제품으로서 가공이 완료되어 가공성의 부여보다는 제품 그 자체에 대한 내식성과 내후성 및 내열성을 부여하기 위하여 모재의 표면에 알루미늄을 용융도금하는 알루미늄 용융도금방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수용성 플럭스와 용융플럭스의 2중플럭스 처리에 의하여 모재의 표면에 알루미늄을 도금시키고, 용융플럭스 처리에 따른 도금표면의 문제점을 산세처리에 의하여 극복하므로서, 2중 플럭스 처리에 의하여 모재 표면의 부도금율과 핀홀(Pin hole) 발생율을 거의 제로(Zero)화시키고, 이로 인하여 도금제품의 내식성과 내후성 및 내열성을 극대화시키며, 도금표면의 마무리가공을 빠르고 용이하게 수행하면서도 도금면이 매끄럽고 그 광택이 매우 우수한 도금제품을 제공할 수 있도록 한 알루미늄 용융도금방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 알루미늄 용융도금방법은, 피도금물이 되는 모재의 탈지단계(10)와 산세단계(20) 및 수세단계(30)를 거친 후, 플럭스 처리단계(40)로서 염화칼륨(KCl) 35 ~ 50%, 빙정석(Cryolite) 5 ~ 10%, 플루오르화 암모늄(NH4F) 또는 플루오르화 알루미늄(AlF3) 40 ~ 60%의 성분비율로 이루어지는 수용성 플럭스를 물 100중량%를 기준으로 하여 10 ~ 30중량%로 첨가시킨 플럭스 용제에 수세처리된 상기 모재를 40 ~ 90℃의 온도조건하에서 1 ~ 10분간 침지시키는 단계와, 도금단계(50)로서 염화나트륨(NaCl) 25 ~ 35 %, 염화칼륨(KCl) 15 ~ 25%,빙정석(Cryolite) 20 ~ 30%, 플루오르화 수소산 암모늄(NH4HF2)이나 플루오르화 암모늄(NH4F) 또는 플루오르화 알루미늄(AlF3) 중에서 택일한 플루오르화물 20 ~ 30%의 성분비율로 이루어지는 용융플럭스를 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 5 ~ 10중량%로 첨가시킨 도금액속에 플럭스 처리된 상기 모재를 680 ~ 750℃의 온도조건하에서 5 ~ 30분간 침지시키는 단계와, 후처리단계(60)로서 도금처리된 모재의 표면을 질산(HNO3)의 5 ~ 15% 수용액, 플루오르화 수소산(HF)의 2 ~ 10% 수용액, 질산(HNO3) 5 ~ 10%와 플루오르화 수소산(HF) 0.5 ~ 5%의 혼산 수용액, 질산(HNO3) 5 ~ 10%와 황산(H2SO4) 1 ~ 3%와 빙초산(CH3COOH) 0.5 ~ 2%와 무수크롬산(CrO7) 1 ~ 3%의 혼산 수용액, 질산(HNO3) 5 ~ 10%와 플루오르화 수소산(HF) 2 ~ 5%와 무수크롬산(CrO7) 2 ~ 3%의 혼산 수용액 중에서 택일한 수용액속에 침지시켜 모재의 표면을 산세척하는 단계로 이루어지는 일련의 공정단계를 거치는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 모재가 되는 금속재료 특히, 도금의 대상이 되는 모재가 하나의 완제품으로서 가공이 완료되어 가공성의 부여보다는 제품 그 자체에 대한 내식성과 내후성 및 내열성을 부여하기 위하여 모재의 표면에 알루미늄을 용융도금하는 알루미늄 용융도금방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수용성 플럭스와 용융플럭스의 2중플럭스 처리에 의하여 모재의 표면에 알루미늄을 도금시키고, 용융플럭스 처리에 따른 도금표면의 문제점을 산세처리에 의하여 극복하므로서, 2중 플럭스 처리에 의하여 모재 표면의 부도금율과 핀홀(Pin hole) 발생율을 거의 제로(Zero)화시키고, 이로 인하여 도금제품의 내식성과 내후성 및 내열성을 극대화시키며, 도금표면의 마무리가공을 빠르고 용이하게 수행하면서도 도금면이 매끄럽고 그 광택이 매우 우수한 도금제품을 제공할 수 있도록 한 알루미늄 용융도금방법에 관한 것이다.
일반적으로 모재가 되는 금속재료의 표면에 다른 종류의 금속 또는 합금을 얇은 막 형태로 피복하는 도금방법은 표면경화나 장식적인 개념 뿐만 아니라, 모재가 가지지 못하는 기계적, 화학적 특성(방식성, 내마모성, 내후성, 전기전도성, 내열성등)을 도금되는 금속이나 합금에 의하여 모재의 표면에 부여하기 위한 것으로서, 수용액 중에 이온 형태로 존재하는 목적 금속을 전기에너지를 이용하여 모재의 표면에 환원 석출시키는 전기도금과, 도금조 내부의 금속이온을 화학환원제로 환원시켜 모재의 표면에 금속층을 석출시키는 화학도금과, 도금조 내부의 용융금속에 모재를 침지시켰다가 꺼낸 다음 모재의 표면에 부착된 용융금속을 응고시키는 용융도금을 포함하여, 물리증착이나 화학증착과 같은 다양한 종류의 도금방법이 행하여지고 있다.
상기와 같은 각종 도금방법중에서 도금조 내부에 저장된 용융금속으로 모재를 침지시키는 용융도금방법은, 모재의 표면에 도금층이 다소 두껍게 형성되기 때문에 긴 수명을 가지는 도금층을 형성시키고자 할 때 주로 사용되며, 가장 일반적인 것으로는 아연철판(함석)이나 가이드레일, 강관이나 강선 등과 같이 야외나 땅속에서 장기간 사용되는 금속재료의 부식을 방지하기 위한 아연(Zn) 용융도금과, 자동차용 머플러와 같이 내열성과 내후성 및 내식성이 요구되는 부품에 적용되는 알루미늄(Al) 용융도금을 들 수 있다.
상기한 용융도금방법중에서 알루미늄 용융도금방법의 경우에는 대부분이 탈지와 산세 및 수세처리로 이루어지는 전처리를 통하여 모재의 표면을 도금에 적합하도록 조성한 후, 순도 99.7% 이상의 순수 알루미늄이 용융상태로 저장되어 있는 도금조의 내부로 모재를 침지시켜 모재의 표면에 알루미늄을 도금시킨 다음, 도금된 모재를 냉각시켜 도금표면을 경화시키고 샌드블라스팅(Sand-blasting)과 같은 부가적인 기계가공을 통하여 도금표면을 매끄럽게 하는 공정과정으로 이루어진다.
그러나, 상기와 같은 일반적인 알루미늄 용융도금방법의 경우에는 약 700℃ 이상의 도금온도에 의하여 고온욕중에서 알루미늄의 산화가 빈번하게 발생하게 되고, 이로 인하여 피도금물이 되는 모재의 표면을 철저하게 전처리시킨다 하더라도 모재의 표면 일부가 도금이 되지 않거나, 도금층에 핀홀(Pin-hole)이 발생하여 모재와 도금층의 밀착성이 저하되는 것과 같이 도금제품의 품질에 좋지 못한 영향을 미치는 요인이 발생하기 때문에, 이를 방지하기 위하여 용융플럭스를 알루미늄과 함께 도금조의 내부로 투입시키므로서 도금액의 상층에 피막을 형성시켜 용융알루미늄의 산화와 외부로의 열손실을 방지할 수 있도록 하였다.
그러나, 상기와 같은 종래의 알루미늄 용융도금방법을 사용하더라도 모재의 표면에 대한 부도금율을 매우 낮은 수준까지 낮추고 도금제품의 내식성과 내후성 및 내열성을 크게 향상시키지는 못하였을 뿐만 아니라, 모재를 도금조에 침지시켰다가 꺼내는 과정에서 용융플럭스의 미세입자가 용융알루미늄과 함께 모재의 표면에 부착되기 때문에 경화된 도금표면에 샌드블라스팅과 같은 부가적인 기계가공을 수행하여야 하는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 도금층에 부착된 용융플럭스의 제거에 많은 시간이 소요되고, 도금표면에 대한 균일한 마감처리가 불가능하게 되며, 기계가공에 의한 도금층의 손실을 고려하여 필요 이상의 두께로 도금층을 형성시켜야 하는 것과 같은 추가적인 문제점을 야기시켰다.
상기와 같이 용융플럭스를 사용함에 따라 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 용융플럭스 대신에 질소가스(N2)와 같은 불활성가스를 도금조의 상부에 차폐가스의 형태로 고용시키므로서 용융알루미늄과 외부공기와의 접촉을 차단시켜 알루미늄의 산화를 방지하도록 한 것이 알려져 있으나, 이와 같이 차폐가스를 사용하는 경우에는 차폐가스를 도금조의 상부에 고용하기 위한 주변장치의 구성이 매우 복잡하게 이루어져 전체적인 도금설비가 고가가 될 뿐만 아니라, 차폐가스를 이용하여 알루미늄의 산화를 방지하면서 모재의 표면에 알루미늄을 도금하는 작업이 숙련된 기술을 요구하는 매우 까다로운 작업이 되고, 복잡하고 다양한 형상을 가지는 모재의 도금에는 부적합한 문제점이 있었다.
상기와 같이 차폐가스를 이용한 알루미늄 도금작업이 숙련된 기술을 요구하는 까다로운 작업이 됨에 따라 일반 작업자의 경우에는 도금불량제품의 발생율이 매우 높게 나타나기 때문에, 이와 같은 문제점을 어느 정도 완화시키고 도금작업의 편의성을 도모하기 위하여 대부분의 경우에는 도금단계 이전에 모재를 수용성 플럭스 용제에 침지시키는 별도의 표면처리단계를 거치므로서, 도금조상에 부상하는 산화알루미늄(Al2O3)을 용해시켜 제거할 수 있는 물질을 모재의 표면에 피복시킬 수 있도록 하였으나, 이와 같은 번거러운 단계를 거치더라도 용융플럭스를 사용한 것에 비하여 도금제품의 품질을 크게 향상시킬 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 상기한 용융플럭스나 차폐가스를 사용하지 않은 상태에서 금속나트륨이나 금속칼륨 또는 염화나트륨이나 염화칼륨과 같은 알칼리금속을 도금조에 투입하여 알루미늄 도금을 행하도록 한 것과, 실리콘등을 도금조에 투입하여 합금층의 발달을 억제하도록 한 것이 알려져 있으나, 이와 같은 방법으로 알루미늄 용융도금을 행하게 되면, 도금제품의 가공성(굽힘성)은 향상되지만 도금층의 발달이 억제되어 도금제품의 내식성과 내후성 및 내열성과 같은 기계적 성질은 뚜렷하게 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 알루미늄 용융도금방법은 모재가 되는 금속재료, 특히 도금의 대상이 되는 모재가 하나의 완제품으로 가공이 완료되어 도금제품의 가공성보다는 그 제품 자체의 내식성과 내후성 및 내열성의 극대화에 초점을 맞춘 것으로서, 수용성 플럭스와 용융플럭스의 2중플럭스 처리에 의하여 모재의 표면에 알루미늄을 도금시키고, 용융플럭스 처리에 따른 도금표면의 문제점을 산세처리에 의하여 극복하므로서, 2중 플럭스 처리에 의하여 모재 표면의 부도금율과 핀홀(Pin hole) 발생율을 거의 제로(Zero)화시키고, 이로 인하여 도금제품의 내식성과 내후성 및 내열성을 극대화시키며, 도금표면의 마무리가공을 빠르고 용이하게 수행하면서도 도금면이 매끄럽고 그 광택이 매우 우수한 도금제품을 제공할 수 있도록 하는 것을 본 발명의 기술적 과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 피도금물이 되는 모재의 탈지단계와 산세단계 및 수세단계를 거친 후, 플럭스 처리단계로서 염화칼륨(KCl) 35 ~ 50%, 빙정석(Cryolite) 5 ~ 10%, 플루오르화 암모늄(NH4F) 또는 플루오르화 알루미늄(AlF3) 40 ~ 60%의 성분비율로 이루어지는 수용성 플럭스를 물 100중량%를 기준으로 하여 10 ~ 30중량%로 첨가시킨 플럭스 용제에 수세처리된 상기 모재를 40 ~ 90℃의 온도조건하에서 1 ~ 10분간 침지시키는 단계와, 도금단계로서 염화나트륨(NaCl) 25 ~ 35 %, 염화칼륨(KCl) 15 ~ 25%, 빙정석(Cryolite) 20 ~ 30%, 플루오르화 수소산 암모늄(NH4HF2)이나 플루오르화 암모늄(NH4F) 또는 플루오르화 알루미늄(AlF3) 중에서 택일한 플루오르화물 20 ~ 30%의 성분비율로 이루어지는 용융플럭스를 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 5 ~ 10중량%로 첨가시킨 도금액속에 플럭스 처리된 상기 모재를 680 ~ 750℃의 온도조건하에서 5 ~ 30분간 침지시키는 단계와, 후처리단계로서 도금처리된 모재의 표면을 질산(HNO3)의 5 ~ 15% 수용액, 플루오르화 수소산(HF)의 2 ~ 10% 수용액, 질산(HNO3) 5 ~ 10%와 플루오르화 수소산(HF) 0.5 ~ 5%의 혼산 수용액, 질산(HNO3) 5 ~ 10%와 황산(H2SO4) 1 ~ 3%와 빙초산(CH3COOH) 0.5 ~ 2%와 무수크롬산(CrO7) 1 ~ 3%의 혼산 수용액, 질산(HNO3) 5 ~ 10%와 플루오르화 수소산(HF) 2 ~ 5%와 무수크롬산(CrO7) 2 ~ 3%의 혼산 수용액 중에서 택일한 수용액속에 침지시켜 모재의 표면을 산세척하는 단계로 이루어지는 일련의 공정단계를 거치는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 알루미늄 용융도금방법의 공정블럭도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 탈지단계 20 : 산세단계 30 : 수세단계
40 : 플럭스 처리단계 50 : 도금단계 60 : 후처리단계
70 : 마감처리단계
이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 알루미늄 용융도금방법의 공정블럭도로서, 도시되어 있는 바와 같이 탈지단계(10)와 산세단계(20) 및 수세단계(30)로 이루어지는 도금표면의 전처리단계를 거치고, 그 다음으로 모재 표면에 대한 플럭스 처리단계(40)가 선행되는 도금단계(50)를 거친 후, 산세척에 의한 도금표면의 후처리단계(60)를 거치게 되며, 상기 후처리단계(60) 이후의 마감처리단계(70)로서 산세척된 도금표면의 수세와 건조단계를 각각 거치게 된다.
먼저, 모재가 되는 금속재료의 표면을 도금에 적합하도록 조성하는 전처리단계로서 탈지단계(10)와 산세단계(20) 및 수세단계(30)로 이루어지는 각 공정단계는 본 발명의 알루미늄 용융도금을 포함하는 각종 용융도금 뿐만 아니라 전기도금, 화학도금, 증착도금과 같은 다른 여러 가지의 도금방법에서도 일반적으로 적용되는 사항이므로 이에 대해서는 간략하게 언급하기로 한다.
상기의 탈지단계(10)는 모재가 되는 금속재료를 알칼리 용제 또는 유기용제가 저장된 탈지조에 침지시키므로서, 각종 기계가공으로 인하여 모재의 표면에 부착된 절삭유나 프레스유, 인발가공에 따른 감마제, 연마가공에 따른 연마유나 금속분과 같은 각종 이물질을 제거하는 공정과정으로 이루어진다.
상기 탈지단계(10)에 사용되는 알칼리 용제는 대부분의 도금방법에 사용되는것과 마찬가지로 물을 주체로 하여 탄산나트륨(Na2CO3), 인산나트륨(Na3PO4), 규산나트륨(= 메타규산나트륨; Na2SiO3)을 1종 또는 수종을 용해시킨 것을 사용하고, 알칼리도를 높여 세정효과를 향상시킬 목적으로 경우에 따라서는 수산화나트륨(NaOH)을 병용하여 사용하기도 하지만, 도금하고자 하는 모재의 재질에 따라 적절한 알칼리 용제의 종류와 그 pH 및 사용온도를 선택적으로 조정하여 모재의 표면에 부착된 이물질을 최대한 제거시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 상기의 유기용제로는 트리클로로에틸렌(C2HCl2), 메틸클로로포름(CHCl2) 등의 염소계 용제를 사용하는 것이 일반적이다.
상기와 같은 탈지단계(10)를 거친 후에는, 탈지처리된 모재를 산의 수용액이 저장되어 있는 산세조에 침지시키므로서, 탈지과정에서 모재의 표면에 부착된 알칼리 용제을 중화시킴과 동시에 모재의 표면에 형성된 스케일(Scale)이나 산화막 등을 제거하고, 모재의 표면에 산부식에 의한 에칭(Etching)효과를 부여하여 도금층의 밀착성을 향상시키기 위한 모재 표면의 활성화단계로서 산세단계(20)를 거치게 된다.
상기 산세단계(20)에 사용되는 산의 수용액 또한 모재의 재질에 따라 염산(HCl)이나 황산(H2SO4) 또는 질산(HNO3)과 같은 각종 산의 수용액이나 이들의 혼산 수용액을 선택적으로 사용할 수 있으나, 금속재료에 가장 보편적으로 사용되는 것을 하나의 예로 들자면 염산(HCl)의 10 ~ 20% 수용액을 들 수 있으며, 산체처리가 모재 표면의 도금율에 기여하는 바가 매우 크기 때문에 모재의 재질에 따라 선택되어진 산용액이 산세조의 내부에서 항상 일정한 농도로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 산세단계(20)를 거친 후에는, 산세처리된 모재를 상온의 물이 저장된 수세조에 침지시키므로서, 모재의 표면에 부착된 산용액을 제거하는 수세단계(30)를 거치게 된다.
상기 수세단계(30)에서 사용되는 수세조는 일측으로부터 상온의 물이 수세조의 내부로 지속적으로 공급되고, 타측으로는 수세조 내부의 처리수가 자연적으로 배출될 수 있도록 형성시키는 것이 바람직하며, 모재의 표면에 부착된 산용액을 보다 효과적으로 제거하기 위하여 경우에 따라서는 수세조를 2개 이상 설치하여 1회 분량의 수세단계를 여러 번으로 나누어 행할 수도 있다.
상기와 같은 수세단계(30)을 거친 후에는, 수세처리된 모재를 수용성 플럭스가 용해되어 있는 플럭스 처리조에 침지시키므로서, 알루미늄의 용융도금시에 도금조의 상부로 부상하는 각종 불순물이나 산화알루미늄(Al2O3)을 용해시켜 제거할 수 있는 약품피막층을 모재의 표면에 형성시키기 위한 플럭스 처리단계(40)를 거치게 된다.
상기 플럭스 처리단계(40)에 사용되는 수용성 플럭스는 염화칼륨(KCl) 35 ~ 50%, 빙정석(Cryolite) 5 ~ 10%, 플루오르화 암모늄(NH4F) 또는 플루오르화 알루미늄(AlF3)중에서 택일한 플루오르화물 40 ~ 60%의 성분비율로 이루어지며, 이와 같은 성분비율로 이루어지는 수용성 플럭스를 물 100중량%를 기준으로 하여 10 ~30중량%로 첨가시키므로서 플럭스 용제를 제조한 다음, 이와 같이 제조된 플럭스 용제를 플럭스 처리조에 저장하여 플럭스 용제의 온도를 40 ~ 90℃의 범위내로 유지시킨 상태에서 수세처리된 상기 모재를 플럭스 용제에 약 1 ~ 10분간 침지시키는 공정과정으로 이루어진다.
상기 수용성 플럭스에 사용되는 각 성분과 그 혼합비율은, 플럭스 처리단계(40) 이후의 공정단계로 진행되는 도금단계(50)에서 도금조에 첨가되는 용융플럭스와 함께 모재의 표면에 대한 알루미늄의 부도금율을 거의 제로(Zero)화시킬 수 있도록 모재의 표면 전체에 걸쳐 수용성 플럭스에 의한 약품피막을 일정한 두께로 형성시킬 수 있는 최적 성분비율을 한정한 것으로서, 이와 같은 성분비율을 가지는 수용성 플럭스를 10% 미만의 농도로 용제화시키게 되면, 모재의 표면에 형성되는 약품피막의 두께가 비교적 얇고 약품피막의 건조에 많은 시간이 소요되어 플럭스 처리된 모재를 도금공정에 즉시 적용하기가 부적합하며, 30%를 초과한 농도로 용제화시키더라도 약품피막층의 두께는 일정 범위 이상으로 상승되지 않기 때문에 비경제적이 된다.
또한, 플럭스 용제의 온도를 40℃ 이하로 유지시키게 되면, 모재의 표면에 약품피막층을 형성시키는 데에 10분 이상의 과도한 시간이 소요되고, 플럭스 용제를 90℃ 이상의 온도로 유지시키게 되면, 모재의 표면에 약품피막층을 형성시키는 시간을 1분 정도로 단축시킬 수는 있으나, 플럭스 용제로부터 수분의 증발이 촉진되어 플럭스 용제의 농도를 일정하게 유지시키기가 힘들게 되며, 플럭스 용제의 온도를 40 ~ 65℃의 온도범위로 설정한 경우에는 플럭스 처리단계(40)와도금단계(50)의 사이에 약품피막층의 완전한 건조를 위하여 짧은 건조단계를 두는 것이 바람직하고, 플럭스 용제의 온도를 65 ~ 90℃의 온도범위로 설정한 경우에는 플럭스 용제로부터 모재를 꺼냄과 동시에 약품피막층의 건조가 이루어지기 때문에 별도의 건조단계는 필요하지 아니하다.
상기와 같은 플럭스 처리단계(40)를 거친 후에는, 플럭스 처리된 모재를 용융알루미늄이 저장된 도금조의 내부로 침지시키므로서, 모재의 표면에 알루미늄을 도금하는 도금단계(50)를 거치게 된다.
상기의 도금단계(50)는 염화나트륨(NaCl) 25 ~ 35 %, 염화칼륨(KCl) 15 ~ 25%, 빙정석(Cryolite) 20 ~ 30%, 플루오르화 수소산 암모늄(NH4HF2)이나 플루오르화 암모늄(NH4F) 또는 플루오르화 알루미늄(AlF3) 중에서 택일한 플루오르화물 20 ~ 30%의 성분비율로 이루어지는 용융플럭스를 순도 99.7% 이상의 순수 알루미늄과 함께 도금조의 내부로 투입시키되, 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 용융플럭스를 5 ~ 10중량%로 투입시킨 다음, 도금조의 온도를 알루미늄의 용융온도인 680 ~ 750℃의 범위로 가열하게 되면, 용융된 알루미늄의 상부로 용융플럭스가 부상하면서 도금조의 상부에 플럭스층을 형성시키게 되며, 이와 같이 세팅된 도금조의 내부로 플럭스 처리된 상기 모재를 침지시켜 5 ~ 30분간 모재의 표면에 도금작업을 행하는 공정과정으로 이루어진다.
상기 도금단계(50)에 사용되는 용융플럭스의 각 성분과 그 혼합비율은, 용융알루미늄의 상면 전체에 걸쳐 일정한 두께의 플럭스층을 형성시키므로서 용융알루미늄과 외부공기와의 접촉을 차단하여 각종 불순물이나 산화알루미늄(Al2O3)의 발생을 효과적으로 방지하고, 플럭스 처리단계(40)를 거치면서 모재의 표면에 피복된 약품피막층과의 상호작용으로 인하여 모재의 표면에 대한 알루미늄의 부도금율을 거의 제로(Zero)화시킬 수 있으며, 플럭스층의 우수한 유동성을 확보하여 모재를 도금조의 내부로 침지시킬 경우에는 모재에 대한 저항과 외부공기와의 접촉으로 인한 산화알루미늄의 생성을 최소화시킬 수 있고, 모재를 도금조로부터 꺼낼 경우에는 모재의 표면에 부착되는 플럭스의 량을 최소화시킬 수 있는 최적 성분비율을 한정한 것이다.
상기와 같은 성분비율을 가지는 용융플럭스를 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 5중량% 미만의 량으로 도금조에 첨가하게 되면, 용융알루미늄의 상부에 형성되는 플럭스층의 두께가 비교적 얇게 되어 모재를 도금조에 침지시키거나 꺼내는 과정에서 용융알루미늄과 외부공기와의 접촉이 발생할 우려가 높게 되고, 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 10중량%를 초과한 량으로 도금조에 첨가하게 되면, 외부공기와의 접촉과 용융알루미늄으로부터의 열발산은 효과적으로 차단할 수 있으나, 모재의 도금면에 부착되는 용융플럭스 분말의 양이 다소 증가하여 이후의 후처리공정(60)에서 도금표면에 대한 재처리가 까다로워지기 때문이다.
상기와 같이 수용성 플럭스에 의한 약품피막층을 그 표면에 형성시킨 모재를 상기 용융플럭스가 첨가된 도금조의 내부로 침지시켜 도금단계(50)을 수행하게 되면, 용융알루미늄의 상부에 형성된 플럭스층의 유동성이 매우 우수하여 모재의 침지과정에서 각종 불순물과 산화알루미늄(Al2O3)의 발생을 최소화시킬 수 있고, 이 과정에서 발생한 미량의 불순물이나 산화알루미늄(Al2O3)은 모재의 표면에 피복된 수용성 플럭스 성분에 의하여 거의 대부분이 용해 및 제거되므로서, 모재의 표면에 알루미늄 성분이 매우 쉽게 융착되어 부도금된 면이나 핀홀(Pin hole)이 생성된 부분이 없는 우수한 도금층을 형성시킬 수 있게 되며, 용융플럭스층이 외부로의 열방출을 차단시키는 덮개 역할을 하게 되므로서 도금조로부터 외부로의 열손실을 방지하여 연료 및 에너지의 절감을 이루어낼 수 있게 된다.
상기 도금단계(50)에서 모재의 표면에 알루미늄을 도금하는 데 소요되는 시간은 도금조에 세팅된 온도, 즉 용융알루미늄의 온도와 모재의 두께 및 모재의 형상에 따라 다소 차이가 있으나, 알루미늄 용융도금에 일반적으로 적용되는 용융알루미늄의 온도범위를 개략 680 ~ 750℃ 범위내로 할 경우, 20 ~ 30mm 두께의 철재평판을 680℃의 온도조건하에서 도금하는 데에는 약 10분 정도, 750℃의 온도조건하에서는 약 5분 정도의 도금시간이 소요되며, 도금하고자 하는 모재의 두께가 두꺼워지고 그 형상이 복잡하게 될수록 동일한 온도조건에서 도금시간은 다소 길어지게 된다.
상기와 같은 도금공정(50)을 거친 후에는, 도금처리된 모재를 공냉시킨 다음 산의 수용액이 저장된 산세조에 침지시키므로서, 도금표면에 부착된 용융플럭스 분말을 제거하기 위한 후처리단계(60)를 거치게 된다.
상기의 후처리단계(60)는 도금처리된 모재를 질산(HNO3)의 5 ~ 15% 수용액,플루오르화 수소산(HF)의 2 ~ 10% 수용액, 질산(HNO3) 5 ~ 10%와 플루오르화 수소산(HF) 0.5 ~ 5%의 혼산 수용액, 질산(HNO3) 5 ~ 10%와 황산(H2SO4) 1 ~ 3%와 빙초산(CH3COOH) 0.5 ~ 2%와 무수크롬산(CrO7) 1 ~ 3%의 혼산 수용액, 질산(HNO3) 5 ~ 10%와 플루오르화 수소산(HF) 2 ~ 5%와 무수크롬산(CrO7) 2 ~ 3%의 혼산 수용액 중에서 택일한 수용액속에 약 3 ~ 10분간 침지시키는 공정과정으로 이루어진다.
상기한 후처리공정(60)에 적용되는 산의 종류와 그 수용액의 농도는, 모재를 도금조로부터 꺼내는 과정에서 도금표면에 부착된 용융플럭스 분말을 별도의 기계가공 없이 매우 빠른 시간내에 손쉽고 완벽하게 제거할 수 있도록 하고, 산의 부식작용에 의하여 도금면의 표면을 평활하게 매끄럽게 하므로서 도금제품의 외관에 광택을 부여할 수 있도록 함과 동시에 산에 의한 도금면의 과도한 부식을 방지할 수 있는 최적의 종류와 그 농도를 한정한 것이다.
각 산의 종류별로 상기에 한정된 농도 이하로 수용액을 제조하게 되면, 산에 의한 도금면의 표면처리효과가 떨어질 뿐만 아니라 표면처리에 10분 이상의 과도한 시간이 소요되고, 한정된 농도 이상으로 수용액을 제조하게 되면, 표면처리에 걸리는 시간을 약 3분 정도로 단축시킬 수는 있으나 도금층의 부식이 매우 빠른 속도로 진행되어 요구하는 두께의 도금층을 얻어내기가 힘들게 되며, 이와 같이 상기 후처리단계(50)는 도금제품의 품질향상을 위하여 매우 중요한 단계이므로, 산세조의 내부에 저장된 산용액의 농도를 수시로 체크하여 산세조 내부의 산용액이 항상 일정한 농도범위로 유지되도록 하여야 한다.
상기와 같은 후처리단계(60)를 거친 후에는, 산세처리된 도금제품을 상온의 물이 저장된 수세조에 침지시켜 도금표면을 물세척 한 다음, 물세척 된 도금제품을 수세조로부터 꺼내어 도금제품 표면의 수분을 완전히 건조시키는 마감처리단계(70)를 거치므로서 본 발명에 의한 알루미늄 용융도금방법의 공정단계가 완료되며, 상기와 같은 각 공정단계로 이루어지는 본 발명에 의한 알루미늄 용융도금방법은 아래에 기술되는 각 실시예에 의하여 보다 명확하게 설명되어질 것이다.
[실시예 1]
직경 50cm, 두께 20mm 규격의 탄소강관을 탈지조와 산세조 및 수세조에 침지시켜 그 표면을 전처리시킨 다음, 염화칼륨(KCl) 40%, 빙정석(Cryolite) 10%, 플루오르화 암모늄(NH4F) 50%의 성분비율로 이루어지는 수용성 플럭스가 15중량%의 농도로 용해된 플럭스 용제에 상기 탄소강관을 80℃의 온도조건하에서 약 2분간 침지시키며, 염화나트륨(NaCl) 25%, 염화칼륨(KCl) 15%, 빙정석(Cryolite) 30%, 플루오르화 수소산 암모늄(NH4HF2) 30%의 성분비율로 이루어지는 용융플럭스가 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 10중량%로 첨가된 도금액속에 플럭스 처리된 상기 탄소강관을 720℃의 온도조건하에서 약 10분간 침지시킨 다음, 도금처리된 상기 탄소강관을 질산(HNO3)의 10% 수용액속에 약 5분간 침지시켰다가 꺼내어 수세 및 건조를 행하므로서 알루미늄이 도금된 탄소강관 제품을 제조하였다.
[실시예 2]
직경 50cm, 두께 20mm 규격의 탄소강관을 탈지조와 산세조 및 수세조에 침지시켜 그 표면을 전처리시킨 다음, 염화칼륨(KCl) 35%, 빙정석(Cryolite) 5%, 플루오르화 암모늄(NH4F) 60%의 성분비율로 이루어지는 수용성 플럭스가 10중량%의 농도로 용해된 플럭스 용제에 상기 탄소강관을 70℃의 온도조건하에서 약 3분간 침지시키며, 염화나트륨(NaCl) 25%, 염화칼륨(KCl) 25%, 빙정석(Cryolite) 25%, 플루오르화 암모늄(NH4F) 25%의 성분비율로 이루어지는 용융플럭스가 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 7중량%로 첨가된 도금액속에 플럭스 처리된 상기 탄소강관을 720℃의 온도조건하에서 약 10분간 침지시킨 다음, 도금처리된 상기 탄소강관을 플루오르화 수소산(HF)의 10% 수용액속에 약 3분간 침지시켰다가 꺼내어 수세 및 건조를 행하므로서 알루미늄이 도금된 탄소강관 제품을 제조하였다.
[실시예 3]
직경 50cm, 두께 20mm 규격의 탄소강관을 탈지조와 산세조 및 수세조에 침지시켜 그 표면을 전처리시킨 다음, 염화칼륨(KCl) 40%, 빙정석(Cryolite) 6%, 플루오르화 알루미늄(AlF3) 54%의 성분비율로 이루어지는 수용성 플럭스가 20중량%의 농도로 용해된 플럭스 용제에 상기 탄소강관을 50℃의 온도조건하에서 약 8분간 침지시키고, 약 1분간의 건조시간을 거쳐 염화나트륨(NaCl) 25%, 염화칼륨(KCl) 25%, 빙정석(Cryolite) 20%, 플루오르화 알루미늄(AlF3) 30%의 성분비율로 이루어지는 용융플럭스가 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 10중량%로 첨가된 도금액속에 플럭스 처리된 상기 탄소강관을 720℃의 온도조건하에서 약 10분간 침지시킨 다음,도금처리된 상기 탄소강관을 질산(HNO3) 10%와 플루오르화 수소산(HF) 2%의 혼산 수용액속 약 4분간 침지시켰다가 꺼내어 수세 및 건조를 행하므로서 알루미늄이 도금된 탄소강관 제품을 제조하였다.
[실시예 4]
직경 50cm, 두께 20mm 규격의 탄소강관을 탈지조와 산세조 및 수세조에 침지시켜 그 표면을 전처리시킨 다음, 염화칼륨(KCl) 50%, 빙정석(Cryolite) 10%, 플루오르화 암모늄(NH4F) 40%의 성분비율로 이루어지는 수용성 플럭스가 30중량%의 농도로 용해된 플럭스 용제에 상기 탄소강관을 90℃의 온도조건하에서 약 1분간 침지시키며, 염화나트륨(NaCl) 35%, 염화칼륨(KCl) 25%, 빙정석(Cryolite) 20%, 플루오르화 알루미늄(AlF3) 20%의 성분비율로 이루어지는 용융플럭스가 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 10중량%로 첨가된 도금액속에 플럭스 처리된 상기 탄소강관을 720℃의 온도조건하에서 약 10분간 침지시킨 다음, 도금처리된 상기 탄소강관을 질산(HNO3) 5%와 황산(H2SO4) 2%와 빙초산(CH3COOH) 1%와 무수크롬산(CrO7) 2%의 혼산 수용액속에 약 7분간 침지시켰다가 꺼내어 수세 및 건조를 행하므로서 알루미늄이 도금된 탄소강관 제품을 제조하였다.
[실시예 5]
직경 50cm, 두께 20mm 규격의 탄소강관을 탈지조와 산세조 및 수세조에 침지시켜 그 표면을 전처리시킨 다음, 염화칼륨(KCl) 40%, 빙정석(Cryolite) 10%, 플루오르화 암모늄(NH4F) 50%의 성분비율로 이루어지는 수용성 플럭스가 20중량%의 농도로 용해된 플럭스 용제에 상기 탄소강관을 80℃의 온도조건하에서 약 2분간 침지시키며, 염화나트륨(NaCl) 30%, 염화칼륨(KCl) 20%, 빙정석(Cryolite) 30%, 플루오르화 알루미늄(AlF3) 20%의 성분비율로 이루어지는 용융플럭스가 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 10중량%로 첨가된 도금액속에 플럭스 처리된 상기 탄소강관을 720℃의 온도조건하에서 약 10분간 침지시킨 다음, 도금처리된 상기 탄소강관을 질산(HNO3) 10%와 플루오르화 수소산(HF) 2%와 무수크롬산(CrO7) 2%의 혼산 수용액속에 약 5분간 침지시켰다가 꺼내어 수세 및 건조를 행하므로서 알루미늄이 도금된 탄소강관 제품을 제조하였다.
상기한 각각의 실시예를 포함하여 본 발명의 공정단계를 거쳐서 제조된 알루미늄 도금제품은 모재(철재인 경우)의 표층으로부터 모재층(Fe), 합금층(FeAl3~ Fe2Al3), 알루미늄층(Al)이 순차적으로 형성되고, 알루미늄층의 상면에는 자연적인 산화에 의하여 얇은 산화알루미늄(Al2O3)층이 강력한 산화피막을 형성하므로서 외관상으로는 광택이 매우 우수한 은백색을 띠게 되며, 모재의 재질에 따라 다소 차이는 있으나 대부분 알루미늄층이 약 0.03 ~ 0.1mm, 합금층이 0.03 ~ 0.05mm 정도로 도금층이 모재의 표면과 매우 강력하게 밀착된 상태가 되며, 도금표면 전체에 걸쳐 부도금된 부분이나 핀홀(Pin-hole)이 발생된 부분이 없는 매우 우수한 도금제품으로 제조되었다.
상기와 같이 본 발명에 의한 알루미늄 용융도금방법은 수용성 플럭스와 용융플럭스의 2중 플럭스 처리에 의하여 모재의 표면에 대한 부도금율을 거의 제로화시킬 수 있으며, 모재의 표면전체에 걸쳐 0.03 ~ 0.1mm 범위내의 일정한 두께를 가지는 알루미늄층과, 0.03 ~ 0.05mm 범위내의 일정한 두께를 가지는 합금층(모재+알루미늄)을 형성시키므로서 도금제품의 내식성과 내후성 및 내열성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 용융플럭스의 사용시 모재를 도금조에 침지시켰다가 꺼내는 과정에서 모재의 표면에 부착되는 용융플럭스 분말을 산에 의한 표면처리방법으로 제거시키므로서, 샌드블라스팅과 같은 기계가공을 통하여 도금면을 표면처리하였던 종래의 경우와 비교하여 도금표면에 대한 후처리를 매우 빠른 시간안에 손쉽고 완벽하게 이루어 낼 수 있을 뿐만 아니라, 산의 부식작용에 의하여 도금면의 표면을 평활하고 매끄럽게 처리하므로서 도금제품의 외관에 매우 우수한 광택을 부여할 수 있게 된다.
상기와 같이 용융플럭스의 사용에 따른 문제점을 산에 의한 표면처리방식으로 극복하므로서, 질소가스(N2)와 같은 불활성가스를 도금조의 상부에 차폐가스의 형태로 고용시킨 종래의 경우와 비교하여 전체적인 도금설비의 단가를 낮출 수 있게 될 뿐만 아니라, 고도로 숙련된 작업자가 아니더라도 모재의 표면에 용이하게 도금작업을 수행할 수 있게 되고, 이로 인하여 작업자의 실수로 인한 도금제품의 불량 발생율을 현저하게 낮출 수 있게 되는 것이다.
상기와 같이 본 발명에 의한 알루미늄 용융도금방법은, 수용성 플럭스와 용융플럭스의 2중플럭스 처리에 의하여 모재의 표면에 알루미늄을 도금시키고, 용융플럭스 처리에 따른 도금표면의 문제점을 산세처리에 의하여 극복하므로서, 2중 플럭스 처리에 의하여 모재 표면의 부도금율과 핀홀(Pin hole) 발생율을 거의 제로(Zero)화시킬 수 있는 효과가 있고, 이로 인하여 도금제품의 내식성과 내후성 및 내열성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있으며, 도금표면의 마무리가공을 빠르고 용이하게 수행하면서도 도금면이 매끄럽고 그 광택이 매우 우수한 도금제품을 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.
Claims (6)
- 피도금물이 되는 모재를 알칼리용제에 침지시켜 모재의 표면을 탈지처리하는 탈지단계(10)와, 탈지처리된 모재의 표면을 산처리하여 모재의 표면을 활성화시키는 산세단계(20)와, 산세처리된 모재의 표면을 물세척하는 수세단계(30)를 거치는 것에 있어서,상기 수세단계(30)을 거친 후, 염화칼륨(KCl) 35 ~ 50%, 빙정석(Cryolite) 5 ~ 10%, 플루오르화 암모늄(NH4F) 또는 플루오르화 알루미늄(AlF3) 40 ~ 60%의 성분비율로 이루어지는 수용성 플럭스를 물 100중량%를 기준으로 하여 10 ~ 30중량%로 첨가시킨 플럭스 용제에 수세처리된 상기 모재를 40 ~ 90℃의 온도조건하에서 1 ~ 10분간 침지시키는 플럭스 처리단계(40)와,상기 플럭스 처리단계(40)를 거친 후, 염화나트륨(NaCl) 25 ~ 35 %, 염화칼륨(KCl) 15 ~ 25%, 빙정석(Cryolite) 20 ~ 30%, 플루오르화 수소산 암모늄(NH4HF2)이나 플루오르화 암모늄(NH4F) 또는 플루오르화 알루미늄(AlF3) 중에서 택일한 플루오르화물 20 ~ 30%의 성분비율로 이루어지는 용융플럭스를 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 5 ~ 10중량%로 첨가시킨 도금액속에 플럭스 처리된 상기 모재를 680 ~ 750℃의 온도조건하에서 5 ~ 30분간 침지시키는 도금단계(50)와,상기 도금단계(50)를 거친 후, 도금처리된 모재의 표면을 산세척하여 도금표면에 부착된 용융플럭스 분말을 제거하고 도금표면의 평활화와 광택을 부여하는 후처리단계(60)와,상기 후처리단계(60)를 거친 후, 산세처리된 도금표면을 물세척하여 건조시키는 마감처리단계(70)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용융도금방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 후처리단계(60)는 도금처리된 모재를 질산(HNO3)의 5 ~ 15% 수용액속에 3 ~ 10분간 침지시키는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용융도금방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 후처리단계(60)는 도금처리된 모재를 플루오르화 수소산(HF)의 2 ~ 10% 수용액속에 3 ~ 10분간 침지시키는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용융도금방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 후처리단계(60)는 도금처리된 모재를 질산(HNO3) 5 ~ 10%, 플루오르화 수소산(HF) 0.5 ~ 5%의 혼산 수용액속에 3 ~ 10분간 침지시키는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용융도금방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 후처리단계(60)는 도금처리된 모재를 질산(HNO3) 5 ~ 10%, 황산(H2SO4) 1 ~ 3%, 빙초산(CH3COOH) 0.5 ~ 2%, 무수크롬산(CrO7) 1 ~ 3%의 혼산 수용액속에 3 ~ 10분간 침지시키는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용융도금방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 후처리단계(60)는 도금처리된 모재를 질산(HNO3) 5 ~ 10%, 플루오르화 수소산(HF) 2 ~ 5%, 무수크롬산(CrO7) 2 ~ 3%의 혼산 수용액속에 3 ~ 10분간 침지시키는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용융도금방법.
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